【手続補正書】
【提出日】平成18年9月15日(2006.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  III族窒化物系化合物半導体発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】  基板の上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を積層した半導体発光素子において、
Ａｌ1-xＩｎxＮ（０＜ｘ≦１）より成る量子井戸層と、Ａｌ1-z-yＧａyＩｎzＮ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ＜１，０≦ｚ＋ｙ≦１）より成る量子障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造を有し、
前記インジウム(In)組成比ｘは、「０．１≦ｘ≦１」を満たすことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項２】  前記ガリウム(Ga)組成比ｙは、「0.９＜ｙ≦１」を満たすことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項３】  前記インジウム(In)組成比ｘ、前記ガリウム(Ga)組成比ｙ、及び、前記インジウム(In)組成比ｚは、「０≦ｙ＜0.１，０≦ｚ＜ｘ≦１」を満たすことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項４】  前記インジウム(In)組成比ｚは、「０≦ｚ＜0.１」を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項５】  前記量子井戸層の膜厚は、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項６】  前記量子井戸層の層数は、３層以上、１０層以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項７】  前記量子障壁層の膜厚は、３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項８】  前記量子井戸層、又は前記量子障壁層に対するＶ族添加物として、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）を添加することにより、
前記量子井戸層、又は前記量子障壁層の窒素（Ｎ）の一部を前記Ｖ族添加物で置換したことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項９】  前記量子井戸層、又は前記量子障壁層に対するIII族添加物として、ボロン（Ｂ）、又はタリウム（Ｔｌ）を添加することにより、
前記量子井戸層、又は前記量子障壁層のIII族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の一部を前記III族添加物で置換したことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１０】  前記インジウム(In)組成比ｘは、「0.１５≦ｘ≦0.６」を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１１】  前記インジウム(In)組成比ｘは、「0.１５≦ｘ≦0.５」を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１２】  前記量子井戸層の膜厚は、２ｎｍ以上、６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を積層した半導体発光素子に関する。即ち、本発明は、ＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）等のIII族窒化物系化合物半導体発光素子に適用することができる。
また、本発明は、活性層内に比較的膜薄の量子井戸層を有するIII族窒化物系化合物半導体発光素子に対して大いにその効果を発揮する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来技術による多重量子井戸構造を例示するIII族窒化物系化合物より成る半導体層の模式的な断面図である。
例えばこの様に、従来のIII族窒化物系化合物半導体発光素子（ＬＤ，ＬＥＤ等）においては、多重量子井戸９００を構成する量子井戸層ｑｗｎ（ｎ＝１，２）には、窒化ガリウムインジウム（Ｇａ1-xbＩｎxbＮ；0.10＜xb＜0.25）が、また、量子障壁層ｑｂｍ（ｍ＝１，２，３）には、窒化ガリウム（ＧａＮ）が、各々用いられていた。
【０００３】
また、特に、青色発光の量子井戸層を形成するためには、上記のインジウム(In)組成比xbは、0.15程度が望ましいとされていた。
ただし、上記のｎ，ｍに対する上限値は任意である。従って、例えば、ｎの上限値を１とした場合には、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造のIII族窒化物系化合物半導体発光素子（ＬＤ，ＬＥＤ等）を構成することも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来の半導体発光素子においては、以下の問題があった。
（問題点１）量子井戸層ｑｗｎの成長時に、この量子井戸層内の組成ＩｎＮの空間的な偏り（空間的な存在密度偏差）が生じ易く、この組成不均一により、発光スペクトルにおいて半値幅が狭い高純度の発光色が得られない。
【０００５】
（問題点２）発光素子の内部には、半導体層の結晶成長後の熱冷却に伴う熱収縮により歪みが生じ、応力が残留する。従来の発光素子（活性層）は、この様な残留応力に弱いため、駆動電圧（発振しきい値）が十分には抑制できず、また、これらの熱応力や高電圧の作用により動作寿命が短くなってしまう。
【０００６】
（問題点３）また、特に、膜厚が５０ｎｍ未満の量子井戸層を発光素子（活性層）中に積層する場合には、この量子井戸層の膜厚が非常に薄いため、量子井戸層は上記の内部応力の影響を非常に受け易くなる。従って、特に、この様な膜薄の量子井戸層を発光素子（活性層）中に積層する場合には、この内部応力の問題が、特に顕著に表面化する傾向が有った。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、上記の半導体発光素子に関して、発光色の純度の向上を図り、寿命を長くし、また、駆動電圧（発振しきい値）を低下させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第１の手段は、基板の上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を積層した半導体発光素子において、Ａｌ1-xＩｎxＮ（０＜ｘ≦１）より成る量子井戸層と、Ａｌ1-z-yＧａyＩｎzＮ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ＜１，０≦ｚ＋ｙ≦１）より成る量子障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造を備え、インジウム(In)組成比ｘを「０．１≦ｘ≦１」とすることである。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、ガリウム(Ga)組成比ｙを「0.９＜ｙ≦１」とすることである。
【００１２】
また、第３の手段は、上記の第１の手段において、インジウム(In)組成比ｘ、ガリウム(Ga)組成比ｙ、及び、インジウム(In)組成比ｚを「０≦ｙ＜0.１，０≦ｚ＜ｘ≦１」とすることである。
【００１３】
また、第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、インジウム(In)組成比ｚを「０≦ｚ＜0.１」とすることである。
【００１４】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、量子井戸層の膜厚を１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下にすることである。
【００１５】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段において、量子井戸層の層数を３層以上、１０層以下にすることである。
【００１６】
また、第７の手段は、上記の第１乃至第６の何れか１つの手段において、量子障壁層の膜厚を３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下にすることである。
【００１７】
また、第８の手段は、上記の第１乃至第７の何れか１つの手段において、量子井戸層、又は量子障壁層に対するＶ族添加物として、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）を添加することにより、量子井戸層、または量子障壁層の窒素（Ｎ）の一部をＶ族添加物で置換することである。
【００１８】
また、第９の手段は、上記の第１乃至第８の何れか１つの手段において、量子井戸層、又は量子障壁層に対するIII族添加物として、ボロン（Ｂ）、又はタリウム（Ｔｌ）を添加することにより、量子井戸層、又は量子障壁層のIII族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の一部をIII族添加物で置換することである。
【００１９】
また、第１０の手段は、上記の第１乃至第９の何れか１つの手段において、インジウム(In)組成比ｘを「0.１５≦ｘ≦0.６」とすることである。
【００２０】
また、第１１の手段は、上記の第１乃至第１０の何れか１つの手段において、インジウム(In)組成比ｘを「0.１５≦ｘ≦0.５」とすることである。
【００２１】
更に、第１２の手段は、上記の第１乃至第１１の何れか１つの手段において、量子井戸層の膜厚を２ｎｍ以上、６ｎｍ以下にすることである。
【００２２】
図１は、本発明の上記の手段による具体的な多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を例示するIII族窒化物系化合物より成る半導体層の模式的な断面図である。
例えばこの様に、本発明の上記の手段により構成されたIII族窒化物系化合物半導体発光素子（ＬＤ，ＬＥＤ等）においては、多重量子井戸（ＭＱＷ）を構成する量子井戸層ＱＷｎ（ｎ＝１，２）には、アルミニウム・インジウム窒素「Ａｌ1-xnＩｎxnＮ（０＜ｘｎ≦１）」が、また、量子障壁層ＱＢｍ（ｍ＝１，２，３）には、アルミニウム・ガリウム・インジウム窒素「Ａｌ1-zm-ymＧａymＩｎzmＮ（０≦ｙｍ≦１，０≦ｚｍ＜１，０≦ｚｍ＋ｙｍ≦１）」が、各々用いられる。
【００２３】
ただし、上記の量子井戸層ＱＷｎは、２元のＩｎＮ（ｘｎ＝１）より形成しても良い。また、上記の量子障壁層ＱＢｍは、２元のＧａＮ（ｙｍ＝１）や、２元のＡｌＮ（ｚｍ＋ｙｍ＝０）より形成しても良く、或いは、３元のＧａＩｎＮ（ｚｍ＋ｙｍ＝１）や、３元のＡｌＩｎＮ（ｙｍ＝０）や、３元のＡｌＧａＮ（ｚｍ＝０）より形成しても良い。
【００２４】
また、上記のｎ，ｍに対する上限値（Ｎ，Ｍ）は任意である。従って、例えば、ｎの上限値を１とした場合には、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造のIII族窒化物系化合物半導体発光素子（ＬＤ，ＬＥＤ等）を構成することも可能である。この様な場合には、量子障壁層は、必ずしも必要ではない。
また、最も上位に位置する量子障壁層ＱＢＭ（ただし、Ｍはｍの最大値）や、最下層の量子障壁層ＱＢ１については、その膜厚を厚くする等の手段により、クラッド層又は光ガイド層等を兼ねる積層構成を採用しても良い。
また、各層の全層数Ｍ，Ｎを大きな値にすることにより、超格子構造の多重量子井戸（ＭＱＷ）を構成しても良い。
【００２５】
また、上記の量子井戸層ＱＷｎ及び量子障壁層ＱＢｍの各層の半導体層の混晶比は、各層毎に異なっていても良い。従って、例えば、「ｚ１≧ｚ２≧ｚ３≧…≧ｚＭ」や「ｘ１≧ｘ２≧ｘ３≧…≧ｘＮ」等の様な構成にしても良い。
以上の手段により、前記の課題を解決することができる。
【００２６】
【作用及び発明の効果】
図２は、量子井戸層成長時のＩｎガス供給量ρ（体積密度）とＩｎ混晶比ｘとの関係を示すグラフである。
インジウム(In)を含んだIII族窒化物系化合物半導体層を結晶成長させる場合、結晶成長条件を所定の好適な状態に固定し、Ｉｎガス供給量ρを増加させていくと、図２に示す様に、Ｉｎガス供給量ρの増加（ρb→ρa）に伴って、その半導体層（量子井戸層）内のインジウム(In)混晶比ｘが増加する。この時、図２に示す様に、インジウム(In)混晶比ｘの増加に伴って、組成ＩｎＮの空間的な偏りが生じ難くなる傾向がある。
【００２７】
即ち、この様な状況下においては、図２に示す様に、高いインジウム(In)混晶比（ｘa）の量子井戸層を形成した方が、低いインジウム(In)混晶比（ｘb）の量子井戸層を形成するよりもＩｎＮ組成不均一が発生し難いという点で有利である。
【００２８】
図３は、量子井戸層のバンドギャップエネルギーと半導体結晶の格子定数との関係を示すグラフである。本図３に示す様に、例えば、青色発光の量子井戸層を結晶成長させる場合、量子井戸層をＡｌＩｎＮから形成した方が、量子井戸層をＧａＩｎＮから形成するよりも、高いインジウム(In)混晶比（ｘa）の量子井戸層を形成することができる。
即ち、例えば、青色発光の量子井戸層を結晶成長させる場合、前記の問題点１を解決するためには、前記の従来技術の様に量子井戸層をＧａＩｎＮ等から形成するのではなく、量子井戸層をＡｌＩｎＮから形成すれば良いことが、図２及び図３より判る。
【００２９】
また、高いインジウム混晶比（ｘa）の量子井戸層を形成することにより、量子井戸層の格子定数を大きくすることができると共に、量子井戸層を比較的柔らかく形成することが可能となる。
従って、この量子井戸層の柔軟性により、半導体発光素子内に残留する熱応力を従来よりも有効に緩和することができる様に成るため、前記の問題点２を解消することが可能となる。
【００３０】
ただし、以上の作用説明は、あくまでも我々の現時点までの仮説（応力緩和説）であり、次に示すその他の作用説明（応力耐久説）も十分に成り立つ可能性があるものと考えられる。
（応力耐久説）
即ち、量子井戸層の組成が、従来のＧａＩｎＮから、本発明のＡｌＩｎＮに替わったことにより、比較的強固な金属元素であるアルミニウム(Al)が量子井戸層の耐久性を高め、これによって、素子の内部応力による量子井戸層への悪影響が大幅に抑制できたため、発光強度が向上し、レーザ発振しきい値が抑制され、動作寿命が長くなったという考え方である。
【００３１】
ただし、ここで、どちらの説が正しいのかと言うこと以上に、極めて重要なことは、本発明の手段により本発明の効果が十分に得られると言う事実、即ち、本発明の手段により前記の問題点１、及び、問題点２が十分に解消できるという事実である。
【００３２】
また、量子井戸層をＡｌ1-xＩｎxＮ（０＜ｘ≦１）から形成することにより、このパラメータｘにより、この量子井戸層の柔軟性（硬度）を広範にわたって制御（調整）することが可能となる。即ち、この場合、インジウム組成比ｘを大きくする程、この量子井戸層は柔らかく形成できる。これにより、量子井戸層の柔軟性（硬度）は、容易かつ広範にわたって設定することが可能となり、よって、量子井戸層の硬度及び組成の最適化を行う際の容易性が向上する。
【００３３】
尚、前記の応力緩和説に従えば、更に、以下の作用説明が可能である。
即ち、前記の応力緩和作用は、ＳＱＷ構造の発光素子においても、得ることができるが、量子井戸層ＱＷｎの層数（ｎの最大値）は複数（２以上）である方がより望ましいと考えられる。例えば、図１のＭＱＷ構造においては、量子井戸層ＱＷ１は、量子井戸層ＱＷ２に対して下方（ＱＢ１側）より働く応力を緩和する機能を奏し、一方、量子井戸層ＱＷ２は、量子井戸層ＱＷ１に対して上方（ＱＢ３側）より働く応力を緩和する機能を奏するものと考えられる。
【００３４】
また、例えば、量子井戸層の数が３層構成の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を採用した場合には、中央に積層された量子井戸層に対して上下より掛かる上記の応力が、この中央の量子井戸層の上下に位置する他の各量子井戸層により大幅に緩和される。
この様に、量子井戸層ＱＷｎの層数は、大きい程この応力緩和作用をより確実に得ることができる。ただし、量子井戸層ＱＷｎの層数は、各層の膜厚にも依るが、概ね１０層程度でこの作用効果は飽和する。また、この積層数が大き過ぎると、ＭＱＷ活性層の形成時間が、活性層（発光層）の応力を緩和する意味で必要以上に長くなってしまう。
【００３５】
また、上記の応力は主に、基板と、順次積層されるIII族窒化物系化合物半導体との熱膨張係数の違いにより生じるものであるため、特に基板に近い側の半導体層のインジウム組成比又は格子定数を大きくすることにより、即ち、基板に近い半導体層ほど、柔らかく形成することによっても、効果的に上記の作用・効果を得ることができる。
【００３６】
従って、例えば「ｘ１≧ｘ２≧ｘ３≧…≧ｘＮ」や「ｚ１≧ｚ２≧ｚ３≧…≧ｚＭ」等の様な構成にしても良い。この様な構成によれば、「ｘ１＜ｘ２＜ｘ３＜…＜ｘＮ」や「ｚ１＜ｚ２＜ｚ３＜…＜ｚＭ」等の様な構成にした場合よりも、より効果的かつ合理的に上記の応力緩和の作用・効果を得ることができる。
【００３７】
或いは、また、例えば「ｘ１≧ｘ２≧ｘ３≒ｘ４≦ｘ５≦ｘ６」や「ｚ１≧ｚ２≧ｚ３≒ｚ４≒ｚ５≦ｚ６≦ｚ７」等の様な構成にしても良い。この様な構成にすれば、直接活性層に応力を及ぼす活性層の外側の層（光ガイド層やクラッド層等）に近い層（外側の量子井戸層又は量子障壁層）ほど、上記の応力緩和の作用を大きく持たせることができる。
これらの手法は、超格子構造の活性層を形成する際に、特に大きな効果を発揮するが、一般のＭＱＷ活性層を形成する場合においても、十分にその効果を得ることができる。
【００３８】
以上の様に、インジウム組成比ｘ，ｚは、各層の位置、或いは各層に加わる内部応力の大きさによって、絶対的又は相対的に決定することができる。
【００３９】
このことは、量子井戸層や量子障壁層の膜厚に関しても同様である。これは、インジウムを多く含んだ半導体層程、応力緩和作用が大きいのと同様に、インジウムを多く含んだ半導体層の膜厚が厚い方が、上記の応力緩和作用を大きくできるからである。ただし、これらの膜厚は、厚過ぎると、結晶性が劣化する等の恐れが有るため、十分な注意を要する。
【００４０】
また、インジウム(In)組成比ｘを「０．１≦ｘ≦１」とすることにより、紫外線を含み可視光を中心とする所望の有用な発光波長の光（電磁波）を出力する半導体発光素子を構成することが可能となる。
【００４１】
また、量子井戸層のインジウム(In)組成比ｘが従来よりも比較的高い場合等には、量子障壁層のガリウム(Ga)組成比ｙを「０≦ｙ＜0.１」とすることにより、図３から判る様に、最適又は好適なバンドギャップ幅の設定条件（「０≦ｚ＜ｘ≦１」等）下において、量子障壁層の格子定数を量子井戸層の格子定数に極力近づけることが可能となる。このため、多重量子井戸構造の活性層（発光層）の結晶性をより高くすることが可能となる。これは、図３から判る様に、量子障壁層のバンドギャップ幅が決定された時、ｙ＝０成る条件により、最大格子定数の量子障壁層の混晶比が与えられるためである。
【００４２】
また、この様な混晶比で量子障壁層を形成すれば、量子障壁層のインジウム組成比ｚと格子定数を共に大きくすることができるため、量子障壁層を柔らかく形成することができる。従って、この様な構成によれば、量子障壁層によっても量子井戸層と同様に前記の応力緩和作用を得ることができる。
【００４３】
また、インジウム(In)は比較的産出量の少ない金属元素であるが、量子障壁層のガリウム(Ga)組成比ｙを「0.９＜ｙ≦１」とすれば、或いは、量子障壁層のインジウム(In)組成比ｚを「０≦ｚ＜0.１」とすれば、量子井戸層積層時に従来よりも比較的多量に使用されるインジウム(In)の消費量を半導体発光素子全体として抑制することが可能となる。この様にインジウム(In)組成比ｚが小さな量子障壁層を積層することによっても、前記の本発明の目的を十分に達成できることは、後述の実施例（第１実施例、第３実施例）においてより具体的に示す。
【００４４】
また、量子井戸層の膜厚を１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下にすることにより、良好又は最適な量子井戸層を構成することができる。この膜厚が厚過ぎるとこの量子井戸層及びその後に積層される半導体層の結晶性が劣化し、薄過ぎると発光量が十分に得られなくなると共に、応力の緩和作用も弱くなる。
【００４５】
また、量子障壁層の膜厚を３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下にすることにより、良好又は最適な量子障壁層を構成することができる。この膜厚が厚過ぎるとこの量子障壁層及びその後に積層される半導体層の結晶性が劣化し、また、駆動電圧（発振しきい値）の上昇の原因にもなる。また、この膜厚が薄過ぎると十分な障壁作用が得られなくなる。
【００４６】
また、III族窒化物系化合物半導体層は、４元系のＡｌＧａＩｎＮ、３元系のＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、２元系のＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、及び、これらにIII族元素をドーピング（例えば、Ａｌ、Ｇａよりも原子半径の大きい、例えば、Ｉｎをドーピングしたもの、ドーピングは組成比に現われる程は入れない）したもの、Ｖ族元素をドーピングしたもの（例えば、Ｎよりも原子半径の大きい、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂをドープ）でも良い。又、ＡｌＧａＩｎＮにおけるＮの一部を例えば、Ｐ、Ａｓ、ＳｂとしたＡｌＧａＩｎＮＰ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＳｂでも良い。結論は、窒素を含むIII族−Ｖ族化合物半導体なら何でも良い。
【００４７】
上記の様に、Ａｌ、Ｇａ、Ｎよりも原子半径の大きい原子をドーピングする理由は、Ｎの抜けによって結晶中には拡張歪みが発生しているが、これを原子半径の大きい原子をドープすることで、圧縮歪みで補償して結晶性を改善するためである。このようなIII族窒化物では、アクセプタドーパントが容易にIII族原子の位置に入るために、アクセプタとして活性化でき、アズグローンでｐ型結晶を得ることができる。
【００４８】
また、インジウム(In)組成比ｘを「0.１５≦ｘ≦0.６」とすることにより、青色、青緑色、又は青紫色等を含んだ、可視光の中でも肉眼による認識性が良い発光波長範囲内の、或いは、工業的な有用性の高い発光波長範囲内の所望の発光波長を出力できる半導体発光素子を構成することが可能となる。
【００４９】
更に、インジウム(In)組成比ｘを「0.１５≦ｘ≦0.５」とすることにより、特に、青色、青緑色、或いは、青紫色の発光色の半導体発光素子を構成することが可能となる。
【００５０】
また、量子井戸層の膜厚を２ｎｍ以上、６ｎｍ以下にすることにより、発光強度をより高い値にすることが可能となる。例えば、ＡｌＩｎＮより成る多重量子井戸（６量子井戸）構造の各量子井戸層の膜厚を８ｎｍから４ｎｍに改善した結果、発光強度が増加した。
これらの実験結果より、量子井戸層の膜厚は、２ｎｍ以上、６ｎｍ以下が最適であることが判っている。
【００５１】
尚、バッファ層は、ＡｌＮの他、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＡｌxＩｎ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｘ＋ｙ＜１）、その他、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）において、III族元素のうちの一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）で置換しても良く、窒素の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換しても良い。
【００５２】
また、これらのバッファ層をはじめとする、積層される任意のIII族窒化物系化合物半導体層には、Ｓｉ等のｎ型ドーパント、又はＭｇ等のｐ型ドーパントを添加しても良い。これらの添加物（ドーパント）は、一つの層に対して、ｎ型、ｐ型の両方を好適な比率で添加しても良い。
また、これらの各半導体層は、２種以上の半導体の接合から成る超格子構造としても良い。
【００５３】
また、基板上に形成するバッファ層を、基板上に成長させるIII族窒化物系化合物半導体、例えば、ＧａＮから成る基底層中に多重に繰り返して形成しても良い。この層を中間層といい、多重に繰り返して形成された複数の中間層を多重中間層という。これらの中間層には、バッファ層と同じ組成を用いることができる。即ち、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、その他、２元、３元、４元のＡｌＧａＩｎＮを用いることができる。
【００５４】
尚、バッファ層は、３８０℃〜４２０℃の低温で形成するものの他、１０００℃〜１１８０℃の範囲で、ＭＯＣＶＤ法で形成しても良い。この温度範囲は、１０５０℃〜１１７０℃が望ましく、さらに、望ましくは、１１００℃〜１１５０℃である。サファイア基板上に厚さ２．３μｍのＡｌＮから成るバッファ層を、成長温度１０５０℃、１１１０℃、１１３０℃、１１５０℃、１１７０℃、１２００℃の各温度で成長させ、その上に厚さ２μｍのＧａＮを同一成長温度で形成して、そのＧａＮの表面モホロジィーを光学顕微鏡で観察した。その結果、１１３０℃でバッファ層を成長させた場合が、最も、ＧａＮの表面モホロジィーが良く、次に、１１１０℃、１１５０℃で成長したものが良く、次に１０５０℃、１１７０℃で形成したものが良かった。１２００℃で形成すると表面モホロジィーが良くなかった。この表面モホロジィーの結果から、バッファ層の成長温度は上記範囲が望ましい。
【００５５】
或いは、バッファ層は、ＭＯＣＶＤ法の他、ＭＢＥ法が使用できる。又、スパッタリングを使用することも可能である。
また、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウムと窒素ガスを原材料として、リアクティブスパッタ法によりＡｌＮから成るバッファ層を形成することもできる。
【００５６】
その他、金属アルミニウム、金属ガリウム、金属インジウム、窒素ガス又はアンモニアガスを用いて、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１、組成比は任意）のバッファ層を形成することができる。スパッタリングの他、蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＥＣＲ法を用いることができる。これらの物理蒸着法によるバッファ層は、２００〜６００℃で行うのが望ましい。さらに望ましくは３００〜５００℃であり、さらに望ましくは４００〜５００℃である。
【００５７】
これらのスパッタリング法等の物理蒸着法を用いた場合には、バッファ層の厚さは、１００〜３０００Åが望ましい。さらに望ましくは、１００〜２０００Åが望ましく、最も望ましくは、１００〜３００Åである。
このように形成されたバッファ層は、水素ガスとアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中で１０００℃で５分間加熱処理して、バッファ層のＲＨＥＥＤパターンを測定した。この結果、熱処理をしたバッファ層は、熱処理をしないバッファ層に比べて結晶性が改善されることが分かった。
【００５８】
この熱処理の時の水素ガスとアンモニアガスの流量比は、１：０．１〜１が望ましい。さらに望ましくは、１：０．１〜０．５である。加熱温度は、１０００〜１２５０℃が望ましく、さらに望ましくは、１０５０〜１２００℃であり、最も望ましくは、１１００〜１１５０℃である。これらの加熱条件やガス比条件を各種変化させて、バッファ層のＲＨＥＥＤパターンを測定した。この結果、上記の範囲の時に結晶性が良いことが分かった。これは、バッファ層の再結晶化により単結晶性が強くなったものと思われる。
【００５９】
又、このように形成されたバッファ層上に厚さ４μｍのＧａＮをＭＯＣＶＤ法で成長させ、そのＧａＮのロッキングカーブをＸ線回折装置を用いて測定した。その結果、この結果、このように熱処理されたバッファ層を用いた場合には、その上の結晶の単結晶性が、ＭＯＣＶＤ法で基板上にバッファ層とＧａＮとを成長させた場合と比べて、同等以上であった。
【００６０】
このＧａＮの単結晶性が良くなったのは、物理蒸着でバッファ層を形成した後、高温で熱処理したために、単結晶化がすすみ、単結晶化したバッファ層の上に形成されたＧａＮの単結晶性も向上するものと思われる。
【００６１】
また、基板には、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、砒化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ガリウムチチウム（ＬｉＧａＯ2）、硫化モリブデン（ＭｏＳ）等の材料を用いることができる。
【００６２】
更に、活性層において、井戸層と障壁層との成長条件は、６００℃〜９００℃の範囲で、障壁層と井戸層との成長温度差ΔＴを、ΔＴ≦５０℃とすることで、より活性層を結晶性を向上させ得ることも分かった。障壁層の成長温度が井戸層の成長温度よりも高い。
【００６３】
また、保護膜としては、酸化硅素、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化シリコン等を使用することができる。
【００６４】
また、横方向成長（ＥＬＯ）法としては、エッチング等により基板やバッファ層等を部分的に露出させ、エッチングされたバッファ層等の層の上に半導体結晶を横方向成長させる、保護膜を用いない方法と、基板やバッファ層等の上に保護膜層を形成し、露出している基板やバッファ層等の上に半導体結晶を横方向成長させる、保護膜を用いる方法とがある。
【００６５】
また、ＥＬＯに使用する保護膜としては、III族窒化物系化合物半導体が成長し難い材料が有用である。具体的には、例えば、酸化硅素（ＳｉＯX）、窒化硅素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、これらの多層膜、或いは、１２００℃以上の融点を有する金属等である。
【００６６】
即ち、ＥＬＯに使用する保護膜としては、６００〜１１００℃におけるIII族窒化物の成長温度にも耐えることができ、且つ、その上にはIII族窒化物系化合物半導体が成長しないか成長し難いものであることが必要である。また、生膜は、蒸着、ＣＶＤ等の気相成長法、或いは、スパッタリング等により成膜することができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
（第１実施例）
図４は、本第１実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ１００の積層構造を表す模式的な斜視図である。また、図５は、本第１実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ１００のバッファ層１０２の構造を表す模式的な断面図である。
【００６８】
本半導体レーザ１００のシリコン基板１０１の上には、膜厚約1000ÅのAl0.15Ga0.85Nより成るバッファ層１０２がストライプ状（図５（ｂ））又は格子状（図５（ｃ））に形成されている。又、シリコン基板１０１上のバッファ層１０２を除いた露出領域Ａ及びバッファ層１０２の上面領域Ｂには、膜厚約10μｍ、電子密度2×1018/cm3、シリコン(Si)ドープ窒化ガリウム(GaN)より成るｎ型コンタクト層（高キャリア濃度ｎ+層）１０３が形成されている。
尚、以下、このｎ型コンタクト層１０３を単に「ｎ層１０３」と言う場合がある。
【００６９】
ｎ層１０３の上には膜厚約1μm、電子密度2×1018/cm3、シリコン(Si)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｎ型クラッド層１０４が形成されている。ｎ型クラッド層１０４の上には、膜厚約100nmのｎ型光ガイド層１０５が形成されている。本ｎ型光ガイド層１０５は、電子密度2×1018/cm3のシリコン(Si)ドープAl0.01Ga0.99Nを約100nm積層したものである。
【００７０】
ｎ型光ガイド層１０５の上には、ＧａＮから成る膜厚約６ｎｍの量子障壁層１０６１とＡｌ0.80Ｉｎ0.20Ｎから成る膜厚約４ｎｍの量子井戸層１０６２とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１０６が形成されている。量子障壁層１０６１は３層、量子井戸層１０６２は２層である。
【００７１】
この多重量子井戸構造(MQW)の活性層１０６の上には、膜厚約100nmのｐ型光ガイド層１０７が形成されている。ｐ型光ガイド層１０７は、ホール密度5×1017/cm3のマグネシウム(Mg)ドープAl0.01Ga0.99Nを約100nm積層したものである。
【００７２】
ｐ型光ガイド層１０７の上には、膜厚約1μmのホール密度5×1017/cm3マグネシウム(Mg)ドープAl0.08Ga0.92Nから成るｐ型クラッド層１０８が形成されている。ｐ型クラッド層１０８の上には、膜厚300nm、ホール密度5×1017/cm3、マグネシウム(Mg)ドープGaNから成るｐ型コンタクト層１０９が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層１０９上にNi電極１１０Ａが形成されている。又、ｎ層１０３上にはAlから成る電極１１０Ｂが形成されている。
【００７３】
次に、この構造の発光素子（半導体レーザ）の製造方法について説明する。
上記発光素子１００は、有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、NH3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3、以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、以下「TMA」と記す）とトリメチルインジウム(In(CH3)3、以下「TMI」と記す）とシラン(SiH4)とシクロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2、以下「CP2Mg」と記す）である。
【００７４】
まず、フッ酸系溶液(HF:H2O=1:1)を用いて洗浄した(111)面、(100)面、又は、(110)面を主面としたｎ−シリコン基板１０１をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でH2を流速2liter/分で約10分間反応室に流しながら温度1150℃で基板１０１をベーキングした。
【００７５】
この後、基板１０１の温度を1150℃に保持し、N2又はH2を10liter/分、NH3を10liter/分、TMGを1.0×10-4モル／分、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以下「TMA」と記す）を1.0×10-5モル／分、H2ガスにより0.86ppmに希釈されたシランを20×10-8モル／分で供給し、膜厚約1000Å、Si濃度1.0×1018/cm3のAl0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２を形成した。
【００７６】
次に、このバッファ層１０２の上に、一様に、SiO2層をスパッタリングにより膜厚約2000Åに形成し、レジストを塗布して、フォトリソグラフィによりSiO2層を所定形状にエッチングした。次に、この所定形状のSiO2層をマスクとして、Al0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２をドライエッチングし、その後マスク（SiO2層）を除去した。
このようにして、バッファ層１０２の上部領域Ｂの幅ｂが約５μｍ、基板１０１の露出領域Ａの間隔ａが約５μｍのストライプ状（図１（ｂ））又は格子状（図１（ｃ））に形成した。
【００７７】
次に、MOVPE法により基板１０１の温度を1100℃にしてN2又はH2を20liter/分、NH3を10liter/分、TMGを1.0×10-4モル／分、H2ガスにより0.86ppmに希釈されたシランを20×10-8モル／分で供給して、膜厚約10μｍのＧａＮより成るｎ層１０３をエピタキシャル成長させた。このとき、GaNは、Al0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２の上に、このAl0.15Ga0.85Nを核として、エピタキシャル成長する。しかし、シリコン基板１０１の露出領域Ａの上には、GaNはエピタキシャル成長しない。そして、シリコン基板１０１の露出領域Ａでは、Al0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２上に成長したGaNを核として、GaNが横方向（シリコン基板１０１の結晶成長面と平行な方向）に沿ってエピタキシャル成長する。
【００７８】
このＧａＮより成るｎ層１０３は、Al0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２の上部領域Ｂにだけ縦方向に転位が生じ、シリコン基板１０１の露出領域Ａでは、横方向のエピタキシャル成長であるために、転位は生じない。即ち、この様に、シリコン基板１０１の露出領域Ａの面積をAl0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２の上部領域Ｂの面積に比べて大きくすることで、広い面積に渡って結晶性の良好なＧａＮより成るｎ層１０３を形成することができる。
【００７９】
上記のｎ層１０３を形成した後、N2又はH2、NH3、TMA、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、膜厚約1μmのAl0.08Ga0.92Nから成るｎ型クラッド層１０４を形成した。次にN2又はH2、NH3、TMA、TMG及びシラン(SiH4)を供給して、Al0.01Ga0.99Nから成る膜厚約100nmのｎ型光ガイド層１０５を形成した。
【００８０】
次に、このｎ型光ガイド層１０５の上に、薄膜の量子障壁層と薄膜の量子井戸層とを交互に積層したＭＱＷ構造の活性層１０６を形成した。
即ち、まず最初に、N2をキャリアガスとして、NH3及びTMGを供給して、ｎ型光ガイド層１０５の上に、ＧａＮから成る膜厚約６ｎｍの量子障壁層１０６１を形成した。この時の、結晶成長温度は６００〜９００℃、TMGの供給量は２〜１０μmol／分、NH3の供給量は11slmである。
【００８１】
次に、N2をキャリアガスとして、NH3、TMA及びTMIを供給して、Ａｌ0.80Ｉｎ0.20Ｎから成る膜厚約４ｎｍの量子井戸層１０６２を形成した。この時の、結晶成長温度は６００〜９００℃、TMA及びTMIの供給量は各々２〜１０μmol／分、NH3の供給量は11slmである。
【００８２】
更に、量子障壁層１０６１と量子井戸層１０６２とを同一条件で１周期形成し、更に、その上にＧａＮから成る膜厚約６ｎｍの量子障壁層１０６１を形成した。このようにしてＡｌＩｎＮから成る量子井戸層１０６２を有するＭＱＷ構造の活性層１０６を形成した。
【００８３】
次にN2又はH2、NH3、TMA、TMG及びCP2Mgを供給して、Al0.01Ga0.99Nから成る膜厚約100nmのｐ型光ガイド層１０７を形成した。次に、N2又はH2、NH3、TMA、TMG及びCP2Mgを供給して、膜厚約1μmのAl0.08Ga0.92Nから成るｐ型クラッド層１０８を形成した。
【００８４】
次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を10L/min、NH3を10L/min、TMGを100μmol/min、Cp2Mgを2μmol/minで導入して、マグネシウム(Mg)がドーピングされた、膜厚約300nmのマグネシウム(Mg)ドープのGaNからなるｐ型コンタクト層９を形成した。
【００８５】
次に、電子線照射装置を用いて、ｐ型コンタクト層１０９、ｐ型クラッド層１０８及びｐ型光ガイド層１０７に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約10kV、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/s、ビーム径60μmφ、真空度50μTorrである。この電子線の照射により、ｐ型コンタクト層９、ｐ型クラッド層８及びｐ型光ガイド層７はそれぞれ、ホール濃度5×1017/cm3、5×1017/cm3、5×1017/cm3となった。このようにして多層構造のウエハを形成することができた。
【００８６】
次に、スパッタリングによりSiO2層を形成し、そのSiO2上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフを行った。次にｎ層１０３に対する電極形成部位フォトレジストを除去し、フォトレジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。
【００８７】
次に、フォトレジスト及びSiO2層によって覆われていない部位のｐ型コンタクト層１０９、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型光ガイド層１０７、活性層１０６、ｎ型光ガイド層１０５、ｎ型クラッド層１０４及びｎ層１０３の一部を真空度0.04Torr、高周波電力０．４４Ｗ/cm2、Cl2ガスを供給しドライエッチングし、その後Arでドライエッチングした。この工程で、ｎ層１０３に対する電極取り出しのための領域が形成された。
【００８８】
次に、ニッケル(Ni)を蒸着してｐ型コンタクト層１０９の上に電極１１０Ａを形成した。一方、ｎ層１０３に対しては、アルミニウム(Al)を蒸着して電極１１０Ｂを形成した。
【００８９】
次に、共振器端面を形成するためドライエッチングを行った。その後、スクライビングしてクライブ溝を形成し、共振器の端面に平行なｘ軸方向にダイシンクして、短冊片を得た。このようにして製造された半導体レーザ１００は、駆動電流は1000ｍＡにて発光出力10ｍＷ、発振ピーク波長３８０ｎｍ（青紫色）であった。
【００９０】
尚、この半導体レーザ１００においては、高いインジウム(In)混晶比の量子井戸層１０６２を形成したため、この量子井戸層の内部においてＩｎＮ組成不均一が殆ど発生せず、このため、上記の様に良好な半導体レーザを製造することができた。
【００９１】
また、高いインジウム混晶比の量子井戸層１０６２を形成することにより、量子井戸層１０６２の格子定数を大きくすることができ、量子井戸層を比較的柔らかく形成することができたため、駆動電圧（発振しきい値）が十分に抑制でき、また、熱応力や高電圧の緩和／抑制により動作寿命が長い良好な半導体レーザを製造することができた。
【００９２】
以上の様にして、半導体発光素子（ＬＤ）を製造することにより、半導体発光素子（ＬＤ）の寿命を長くし、また、駆動電圧（発振しきい値）を低下させることができた。
【００９３】
尚、上記実施例において、ストライプ状又は格子状に形成されたシリコン基板１０１の露出領域Ａの幅ａを約５μｍとしたが、露出領域Ａの幅ａが10μｍを超えると横方向の成長に長時間必要となり、シリコン基板１０１の露出領域Ａの幅ａが１μｍ未満になると、良好なGaN膜の形成が困難となるので、望ましくは１〜10μｍの範囲が良い。また、Al0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２の上部領域Ｂの幅ｂを５μｍとしたが、Al0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２の上部領域Ｂの幅ｂが10μｍを超えると転位発生の確率が増大し、上部領域Ｂの幅ｂが１μｍ未満になると横方向の成長のための核形成が良好にできず、したがって、結晶性の良い横方向のエピタキシャル成長が困難となる。よって、望ましくは１〜10μｍの範囲が良い。また、ｎ層１０３の結晶性の観点から、シリコン基板１０１の露出領域Ａの幅ａのAl0.15Ga0.85Ｎより成るバッファ層１０２の上部領域Ｂの幅ｂに対する割合ａ／ｂは１〜10が望ましい。
【００９４】
以上の様に、シリコン基板１０１の露出領域Ａの面積をAl0.15Ga0.85Nより成るバッファ層１０２の上部領域Ｂの面積に比べて大きくすることで、広い面積に渡って結晶性の良好なｎ層１０３を形成することができる。また、シリコン基板１０１とその上のGaNは化学的に結合していないために、ＧａＮより成るｎ層１０３のそり、応力歪みを極めて大きく減少させることができる。
【００９５】
また、本第１実施例では、シリコン基板を用いたが、他の導電性基板、サファイア基板、炭化珪素等を用いることができる。導電性基板を用いた場合には、基板の裏面と基板上に形成された素子層の最上層とに電極を形成して、基板面に垂直に電流を流すことができ、発光ダイオード、レーザ等における電流供給効率が向上する。
【００９６】
また、本第１実施例では、バッファ層１０２の組成をAl0.15Ga0.85Nとしたが、一般式AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の任意組成比のIII族窒化物系化合物半導体を用いることができる。シリコン基板１０１上にエピタキシャル成長させるには、AlxGa1-xN(0＜x≦1)（AlNを含む)が望ましい。また、ｎ層１０３は、一般式AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)の任意組成比のIII族窒化物系化合物半導体を用いることができ、バッファ層１０２と同一組成比であっても、異なる組成比であっても良いが、基板１０１に対してエピタキシャル成長しない組成比とする必要がある。
【００９７】
また、本第１実施例では、バッファ層１０２の膜厚を約1000Åとしたが、バッファ層１０２は厚いとクラックが多くなり、薄いとバッファ層１０２を核としてｎ層１０３が成長しない。よって、バッファ層１０２の厚さは、500Å〜2000Å程度が望ましい。
【００９８】
（第２実施例）
図６は、本第２実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ２００の積層構造を表す模式的な斜視図である。本第２実施例の半導体レーザ２００の構造は、前記の第１実施例の半導体レーザ１００の構造との類似点が多いが、本半導体レーザ２００の最も特徴的な物理構成（積層構成）は、以下の通りである。
【００９９】
＜半導体レーザ２００の主な特徴＞
（１）ＭＱＷ活性層２０６
（ａ）量子井戸層２０６２（Ａｌ1-xＩｎxＮ；ｘ≒0.30，膜厚約５ｎｍ）
（ｂ）量子障壁層２０６１（Ａｌ1-zＩｎzＮ；ｚ≒0.05，膜厚約５ｎｍ）
（２）バッファ層２０２
（ａ）不整合緩和層２０２１（ＡｌＮ，膜厚約５００Å）
（ｂ）単結晶層２０２２（ＧａＮ，膜厚約0.３μｍ）
【０１００】
即ち、図６の半導体レーザ２００は、サファイアを結晶成長基板としており、このサファイア基板２０１の上には、バッファ層２０２が形成されている。このバッファ層２０２は、図６に示す５層構造を有する。即ち、バッファ層２０２は、膜厚約500ÅのAlNから成る不整合緩和層２０２１と、膜厚約0.3μmから成る単結晶層２０２２とを交互に積層した計５層の多層構造で構成されている。
【０１０１】
尚、ｎ型コンタクト層（高キャリア濃度ｎ+層）２０３、ｎ型クラッド層２０４、ｎ型光ガイド層２０５の積層構成については、第１実施例の半導体レーザ１００の各半導体層（ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光ガイド層１０５）と略同様の構成である。
【０１０２】
また、ｎ型光ガイド層２０５の上には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層２０６が形成されている。この活性層２０６は、Ａｌ0.95Ｉｎ0.05Ｎから成る膜厚約５ｎｍの量子障壁層２０６１と、Ａｌ0.70Ｉｎ0.30Ｎから成る膜厚約５ｎｍの量子井戸層２０６２とが交互に積層されることにより、計１３層の多層構造を有している。即ち、この活性層２０６は、量子障壁層２０６１が計７層、量子井戸層２０６２が計６層の全６周期の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造である。
【０１０３】
尚、ｐ型光ガイド層２０７、ｐ型クラッド層２０８、ｐ型コンタクト層２０９、及び、正電極２１０Ａ、負電極２１０Ｂの各構成については、第１実施例の半導体レーザ１００の各対応部分（ｐ型光ガイド層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層１０９、正電極１１０Ａ、負電極１１０Ｂ）の構成と略同様である。
【０１０４】
以下、半導体レーザ２００の製造方法について述べる。本半導体レーザ２００の各層は、有機金属化合物気相成長法による気相成長により形成された。用いられたガスについては、前記の第１実施例と同じである。
以下、特に、バッファ層２０２の製造工程について詳しく述べる。
【０１０５】
（バッファ層２０２の製造工程）
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した膜厚約100〜400μｍの単結晶のサファイア基板２０１をM0VPE装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でH2を流速2liter/分で反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板２０１を気相エッチングした。
【０１０６】
次に、温度を400℃まで低下させて、H2を20liter／分、NH3を10liter／分、TMAを1.8×10-5モル／分で供給して、膜厚約500ÅのAlNより成る１層目の不整合緩和層２０２１を形成した。次に、サファイア基板２０１の温度を1150℃に保持し、H2を20liter／分、NH3を10liter／分、TMGを1.7×10-4モル／分で供給して、膜厚約0.3μｍのGaNから成る単結晶層２０２２を形成した。
【０１０７】
次に、サファイア基板２０１の温度を、再度、400℃まで低下させて、上記の１層目の不整合緩和層２０２１の形成と同一条件で、500Åの厚さのAlNから成る２層目の不整合緩和層２０２１を形成した。次に、サファイア基板２０１の温度を、再度、1150℃に上げて、上記の単結晶層２０２２の形成と同一条件で、膜厚約0.3μｍのGaNから成る単結晶層２０２２を形成した。さらに、サファイア基板２０１の温度を、再度、400℃まで低下させて、上記と同様に、３層目の不整合緩和層２０２１を形成した。
以上の様にして、図６のバッファ層２０２を形成した。
【０１０８】
また、特に、活性層２０６の製造工程については、以下の通りであった。
（活性層２０６の製造工程）
ｎ型光ガイド層２０５を積層後、まず最初に、N2をキャリアガスとして、NH3、TMA及びTMIを供給して、ｎ型光ガイド層２０５の上に、Ａｌ0.40Ｉｎ0.60Ｎから成る膜厚約５ｎｍの量子障壁層２０６１を形成した。この時の、結晶成長温度は６００〜９００℃、TMAの供給量は２〜１０μmol／分、TMIの供給量は１５〜１００μmol／分、NH3の供給量は11slmである。
【０１０９】
次に、N2をキャリアガスとして、NH3、TMA及びTMIを供給して、Ａｌ0.70Ｉｎ0.30Ｎから成る膜厚約５ｎｍの量子井戸層２０６２を形成した。この時の、結晶成長温度は６００〜９００℃、TMAの供給量は２〜１０μmol／分、TMIの供給量は１５〜１００μmol／分、NH3の供給量は11slmである。
【０１１０】
更に、量子障壁層２０６１と量子井戸層２０６２とを同一条件で５周期形成し、更に、その上にＡｌ0.95Ｉｎ0.05Ｎから成る膜厚約５ｎｍの量子障壁層２０６１を形成した。
以上の様にして、図６の活性層２０６を形成した。
【０１１１】
尚、その他の半導体層並びに電極等については、第１実施例と略同様の製造方法によって製造した。
このようにして製造された半導体レーザ２００は、駆動電流は1000ｍＡにて発光出力10ｍＷ、発振ピーク波長は、４１０ｎｍ（青紫色）であった。
【０１１２】
尚、この半導体レーザ２００においては、高いインジウム(In)混晶比の量子井戸層２０６２を形成したため、この量子井戸層の内部においてＩｎＮ組成不均一が殆ど発生せず、このため、上記の様に良好な半導体レーザを製造することができた。
【０１１３】
また、高いインジウム混晶比の量子障壁層２０６１、及び、量子井戸層２０６２を形成することにより、活性層２０６の格子定数を大きくすることができ、活性層２０６を比較的柔らかく形成することができたため、駆動電圧（発振しきい値）が十分には抑制でき、また、熱応力や高電圧の緩和／抑制により動作寿命が長い良好な半導体レーザを製造することができた。
【０１１４】
以上の様にして、半導体発光素子（ＬＤ）を製造することにより、半導体発光素子（ＬＤ）の寿命を長くし、また、駆動電圧（発振しきい値）を低下させるという本発明の当初の目的を達成することができた。
【０１１５】
一般に、上記の第２実施例の様に、量子井戸層２０６２のインジウム(In)組成比ｘが従来よりも比較的高い場合には、量子障壁層２０６１のガリウム(Ga)組成比ｙを「０≦ｙ＜0.１」とすることにより、図３からも判る様に、上記の様な最適又は好適なバンドギャップ幅の設定条件（「０≦ｚ＜ｘ≦１」等）下において、量子障壁層２０６１の格子定数を量子井戸層２０６２の格子定数に極力近づけることができる。
実際、上記の半導体レーザ２００においては、これらの作用により、多重量子井戸構造の活性層２０６の結晶性が高くなり、高出力、しきい値電流の低い、低駆動電圧の半導体レーザを構成できたものと考えられる。
【０１１６】
また、一般に、この様な混晶比で量子障壁層２０６１を形成すれば、量子障壁層２０６１のインジウム組成比ｚと格子定数を共に大きくすることができるため、量子障壁層２０６１を柔らかく形成することができる。このため、量子障壁層２０６１によっても量子井戸層２０６２と同様の応力緩和作用を得ることができる。
【０１１７】
また、上記の半導体レーザ２００においては、活性層が合計１３層より構成されている（Ｎ＝６，Ｍ＝７）。この様な好適な積層数で活性層２０６を構成することにより、内部応力による悪影響が抑制された、良質、高光度で、低駆動電圧の活性層を、比較的短時間の間に形成することができる。
【０１１８】
また、上記の様にバッファ層２０２を多重層とすることで、その後に積層される半導体層（２０３〜２０９）の結晶性を向上させることができた。この多重層の作用・効果については、以下の通りである。
【０１１９】
即ち、この構成により、基板面から縦に延びる格子欠陥が不整合緩和層２０２１と単結晶層２０２２との繰り返しにより途中で遮断され、目的とする単結晶の層には至らない。特に基板面からの転位が閉じ込められ、上の層に伝搬されることを防ぐ。よって、素子を形成するための半導体層における格子欠陥密度は低くなり、異種物質の基板上にも良質なAlx3GaY3In1-X3-Y3Nから成る単結晶半導体が得られる。
【０１２０】
従って、その単結晶の半導体を基底層として半導体素子を形成した場合には、素子を形成する半導体層の結晶性が高くなり、半導体素子の特性を向上させることができる。特に、発光素子を形成した場合には、発光効率、素子寿命、発光輝度を改善することができる。
【０１２１】
尚、本第２実施例では、不整合緩和層２０２１にはAlNを用いたが他の２元系のGaN、InNや３元系のAlGaN、InGaN、４元系のAlGaInN等を用いることができる。この場合に不整合緩和層は単結晶が成長しない低い温度で形成され、その厚さは100〜1000Åが望ましい。
【０１２２】
又、不整合緩和層上に形成される単結晶層の物質は、不整合緩和層と物質及び組成比が同一でも、異種物質又は同種物質でも組成比が異なるものでも良い。この単結晶層には、GaNの他、任意組成比の３元系のAlGaN、InGaN、任意組成比の４元系のAlGaInNを用いることができる。この単結晶層の成長温度は単結晶が成長できる温度である。一般的に、厚さは500〜3000Åの範囲が望ましい。又、不整合緩和層と単結晶層との繰り返し回数は任意である。
【０１２３】
また、不整合緩和層の厚さを１００〜１０００Å、単結晶層の厚さを５００〜３０００Åとすることにより、或いは、不整合緩和層の成長温度を３５０〜８００℃とすることにより、格子欠陥が基板面から目的とする半導体層（活性層、光ガイド層、クラッド層、コンタクト層等）に伸びることを効率良く防止することができる。
また、単結晶層２０２２の厚さは、３０００Åを越えると歪が大きくなり好ましくない。
【０１２４】
不整合緩和層２０２１と単結晶層２０２２は、一般式「AlxGaYIn1-X-YN」で表される任意の組成比の４元、３元、或いは２元の窒化物系化合物半導体とすることができる。特に、不整合緩和層をAlN、単結晶層をGaNとすることで、目的とするGaNの層の格子欠陥密度を大きく低下させることができる。又、基板２０１には、サファイア又はSiC等を用いることができる。
【０１２５】
また、最後の不整合緩和層２０２１成層後そのまま昇温してｎ型コンタクト層２０３を成長させることが、ｎ型コンタクト層２０３の結晶性からも、工程の簡易性からも好ましい。
【０１２６】
また、バッファ層２０２の構造としては、それを構成する各層の膜厚、上記の組成比、積層周期数等を最適化することによる種種の変形が考えられる。例えば、これらの諸値（諸量）は、各層毎に変えても良い。
【０１２７】
例えば、サファイヤ基板の上に、低温成長（約４００℃）のＡｌＮ不整合緩和層、膜厚約５μｍのＧａＮ層（単結晶層）、ＧａＮ不整合緩和層、膜厚約５μｍのＧａＮ層（単結晶層）の順に成長させた所、最後の膜厚約５μｍのＧａＮ層（単結晶層）の表面に現れたエッチピット数の面密度は、約５×１０6／cm2程度となり、エッチピットの数は、従来よりも大幅に（一桁以上）減少した。
【０１２８】
又、本第２実施例では、活性層２０６の構造を多重量子井戸構造としたが、例えば、ＬＥＤ等の半導体発光素子等における活性層２０６の構造は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造でも良い。また、活性層２０６の厚さは100〜1000Å程度が普通である。
【０１２９】
（第３実施例）
図７は、本第３実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ３００の積層構造を表す模式的な斜視図である。
【０１３０】
＜半導体レーザ３００の主な特徴＞
本第３実施例の半導体レーザ３００の第１の主な特徴は、図７に示される以下の活性層３０６の積層構成にある。
（１）ＭＱＷ活性層３０６（合計５層で、２周期のＭＱＷ構造）
（ａ）量子井戸層３０６２（Ａｌ1-xＩｎxＮ；ｘ≒0.20，膜厚約５ｎｍ）
（ｂ）量子障壁層３０６１（Ａｌ1-yＧａyＮ；ｙ≒0.80，膜厚約５ｎｍ）
【０１３１】
また、前記の第１実施例では、バッファ層として、Al0.15Ga0.85Nより成るバッファ層１０２が１層だけ設けられていたが、本第３実施例の半導体レーザ３００においては、絶縁膜等を有しない２層構成のバッファ層３０２を用い、横方向の結晶成長作用等を利用して、III族窒化物系化合物半導体層を順次積層する構成が採用されている。
【０１３２】
即ち、本半導体レーザ３００の第２の主な特徴は、以下の様に、バッファ層３０２が形成されていることである。
（２）バッファ層３０２（上下合計２層で、エッチングによる凹凸形状）
（ａ）不整合緩和層３０２１（下層；ＡｌＮ，膜厚約1000Å）
（ｂ）単結晶層３０２２（上層；ＧａＮ，膜厚約1000Å）
【０１３３】
図８は、本第３実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ３００のバッファ層３０２の構造を表す模式的な断面図である。サファイヤ基板３０１の上には膜厚約1000ÅのＡｌＮより成る不整合緩和層３０２１が形成され、この不整合緩和層３０２１の上に、膜厚約1000ÅのＧａＮより成る単結晶層３０２２が形成されている。
【０１３４】
不整合緩和層３０２１と単結晶層３０２２とでバッファ層３０２が構成されている。これらの不整合緩和層３０２１と単結晶層３０２２層は、第１実施例と同様にストライプ状又は格子状に形成されている。単結晶層３０２２及びサファイヤ基板３０１の露出領域Ａ上には、膜厚約10μｍのGaNより成るｎ型コンタクト層（高キャリア濃度ｎ+層）３０３が形成されている。
【０１３５】
本第３実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ３００の製造方法は、第１実施例の半導体レーザ１００の製造方法と多くの類似点を持つ。本第３実施例においては、まず最初に、不整合緩和層３０２１、次に、単結晶層３０２２をサファイヤ基板３０１上に一様に形成した後、所定パターンのSiO2層をマスクにして、不整合緩和層３０２１と単結晶層３０２２をドライエッチングし、その後マスク（SiO2層）を除去する。これにより、図１（ｂ）又は（ｃ）に示すように、ストライプ状又は格子状にする。
【０１３６】
ただし、本エッチングにより、基板３０１の一部を上方に露出させる必要が有るか否かは、不整合緩和層３０２１の膜厚や、不整合緩和層３０２１の露出面に積層される次の層の局所的又は方向依存的な結晶成長速度等に依存する所が大きい。即ち、本エッチングにおいては、バッファ層３０２の凹部（最下位部分）において、基板３０１を必ずしも露出させる必要はない。例えば、不整合緩和層３０２１の膜厚が厚い場合等には、不整合緩和層３０２１の下方の一部が、基板３０１が露出しない様に残留していても良い。
【０１３７】
ただし、異種物質上における結晶成長速度は、同種物質上における結晶成長速度よりも十分に遅いので、バッファ層３０２の凹部の深さが容易かつ十分に確保できない場合等には、基板を露出させた方が良い。
【０１３８】
このことは、第１実施例においても、同様である。即ち、これらの横方向成長過程で重要となるのは、基板、又はバッファ層（不整合緩和層）の露出面に積層される次の層の局所的又は方向依存的な結晶成長速度である。
これらの関係を鑑みて、上記のエッチングでは、基板３０１を露出させ、また、バッファ層３０２の凹部の深さは、膜厚約2000Åと、十分に深く設定されている。
【０１３９】
その後の、膜厚約10μｍのGaNより成るｎ型コンタクト層（高キャリア濃度ｎ+層）３０３の形成方法、並びにそれ以降に積層される各半導体層の製造方法は、第１実施例と略同様である。
【０１４０】
尚、これらの方法に基づいて結晶成長するｎ型コンタクト層３０３の結晶成長機構（作用・効果）は以下の通りである。
即ち、GaNより成るｎ型コンタクト層３０３は、GaNより成る単結晶層３０２２の上部領域ＢのGaNを核として、面に垂直方向に成長する。そして、サファイヤ基板３０１の露出領域Ａでは、単結晶層３０２２の露出領域Ｂ上に成長したGaNを核として、GaNが横方向にエピタキシャル成長する。
【０１４１】
このようにして、ｎ型コンタクト層３０３の成長過程では、ｎ型コンタクト層３０３が単結晶層３０２２を核として縦方向にも横方向にもエピタキシャル成長するので、第１実施例よりも、さらに、結晶性の高いｎ型コンタクト層３０３が得られる。
【０１４２】
従って、上記の様にして形成されたｎ型コンタクト層等のIII族窒化物系化合物半導体層の上に、更に、III族窒化物系化合物半導体を成長させることで、一般に、発光ダイオード、半導体レーザ（ＬＥＤ，ＬＤ）等の特性の良好な半導体発光／受光素子等を得ることができる。
【０１４３】
上記のようにして製造された半導体レーザ３００は、駆動電流は1000ｍＡにて発光出力10ｍＷ、発振ピーク波長は、３８０ｎｍ（紫外線）であった。
【０１４４】
以上の様にして、半導体発光素子（ＬＤ）を製造することによっても、半導体発光素子（ＬＤ）の寿命を長くし、また、駆動電圧（発振しきい値）を低下させることができた。
【０１４５】
尚、本第３実施例において、基板３０１は、シリコンより構成しても良い。  また、本第３実施例において、単結晶層３０２２は、必ずしも積層しなくとも、第１実施例の半導体レーザ１００と同様に、良好な半導体レーザを製造することが可能である。
【０１４６】
また、本第３実施例において、単結晶層３０２２とｎ型コンタクト層３０３とをGaNとしたが、単結晶層３０２２とｎ型コンタクト層３０３とを略同一組成比の「AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)」より成るIII族窒化物系化合物半導体としても良い。
【０１４７】
但し、基板３０１の一部を上記のエッチングの際に露出させた場合等には、単結晶層３０２２は基板３０１に対して、比較的エピタキシャル成長し難い組成比とすることが望ましい。例えば、基板３０１にシリコンを用いた場合には、Alが含まれないIII族窒化物系化合物半導体を用いるのが良い。
また、単結晶層３０２２の組成比と、ｎ型コンタクト層３０３の組成比とは、必ずしも略一致していなくとも良い。
【０１４８】
一般に、これらの横方向成長過程で重要となるのは、基板、又はバッファ層（不整合緩和層）の露出面に、横方向成長などの結晶成長作用により積層される次の層の局所的又は方向依存的な結晶成長速度である。この結晶成長速度は、基板、又はバッファ層（不整合緩和層）の露出面の各組成の混晶比や、格子定数、結晶性の良否、成長温度等に大きく左右される。例えば、露出面の各元素の組成比（混晶比）が、露出面に積層される次の層の組成比に近い方が、次の層として異種の半導体を積層する場合よりも、結晶成長速度は大きくなり易い傾向にあることが判っている。
【０１４９】
従って、上記の第３実施例では、単結晶層３０２２の組成比と、ｎ型コンタクト層３０３の組成比とは、近い方がより望ましい。また、バッファ層の凹部の深さは、例えば、上記の第３実施例で具体的に示した様に、これらの局所的又は方向依存的な成長速度の関係を鑑みて設定することが必要である。
【０１５０】
尚、上記の第１、及び第３実施例において、サファイヤ基板３０１又はシリコン基板１０１から、バッファ層１０２又は単結晶層３０２２までの部分Ｃを研磨又はエッチングにより除去することにより、無転位の単結晶ＧａＮ基板を得ることができる。
また、上記の全実施例において、各ｎ型コンタクト層には、任意組成比のInGaN等を用いても良い。
【０１５１】
また、上記の第１、及び第３実施例において、結晶成長基板とバッファ層との間には、例えば第２実施例で示した様な、任意組成比のAlGaNより成る不整合緩和層や、任意組成比のAlGaInNより成る不整合緩和層を設けても良い。この不整合緩和層としては、ｎ型コンタクト層３０３や単結晶層３０２２等の単結晶成長温度よりも低温で形成されるアモルファス状又は微結晶の混在したアモルファス等の結晶構造をしたもの等が利用できる。
【０１５２】
また、上記の各実施例におけるバッファ層１０２、バッファ層２０２、及び、バッファ層３０２の各層（或いは、これらのバッファ層を構成している各部分層）の組成は、ＡｌＮの他、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＡｌxＩｎ1-xＮ（０＜ｘ＜１），ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｘ＋ｙ＜１）等でも良く、また、「ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）」成る組成式において、III族元素のうちの一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）で置換したものを用いても良く、或いは、窒素（Ｎ）の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したものを用いても良い。これらの構成により、歪補償等の作用効果が得られ、よってその後に積層する半導体層の結晶性を良質にすることができる。
【０１５３】
また、第２実施例の半導体レーザ２００のバッファ層２０２においては、第１及び第３実施例の、半導体レーザ１００、３００のバッファ層１０２、３０２の様な、エッチングによるバッファ層への凹凸形状（島形状）の形成は実施しなかったが、バッファ層２０２においても、第１及び第３実施例と同様に、次に積層される半導体層（ｎ型コンタクト層２０３）の横方向成長による結晶性の向上を目的とする上記の様なエッチングを実施しても良い。
【０１５４】
即ち、バッファ層としては、例えば「Ａｌ1-f-gＧａfＩｎgＮ（０≦ｆ≦１，０≦ｇ≦１，０≦ｆ＋ｇ≦１）」より成る２元、３元、又は４元のIII族窒化物系化合物半導体層より形成した、図９に示す様な構造のものを使用しても良い。このバッファ層の結晶成長温度は、低温のものでも良く、また、高温成長のものでも良い。また、積層周期は任意である。
例えば、これらの手法による良質な半導体結晶を核として、その後に積層される半導体層を横方向成長（ＥＬＯ成長）等の方法で成長させる手段も大いに有効である。
【０１５５】
これらの手法を効果的に組み合わせることにより、更により結晶性の高い半導体層を積層することができる。
例えば、また、図９のＥＬＯにより成長するＧａＮ単結晶層に対して上記のドーピングを実施する方法等が考えられる。即ち、例えば、この図９のＥＬＯにより成長するＧａＮ単結晶層に対して、III族元素のうちの一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）で置換したものを用いても良く、或いは、窒素（Ｎ）の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したものを用いても良い。これらの構成により、歪補償等の作用効果が得られ、よってその後に積層する半導体層の結晶性を、更に、良質にすることができる。
【０１５６】
ただし、上記のバッファ層を構成する各層の混晶比、膜厚、或いは、積層周期等を最適化すること等により、その後に積層される半導体層（ｎ型コンタクト層等）の結晶性が十分良質に得られる場合等には、必ずしも上記のドーピングの手法を導入しなくとも良い。
【０１５７】
尚、これらの横方向成長による結晶性の向上を目的とする手法（半導体結晶の製造方法）は、本発明の手段に基づく本発明の半導体発光素子を製造する場合に限らず、一般のIII族窒化物系化合物半導体発光素子を製造する場合にも、大いに有効である。
【０１５８】
また、上記の各実施例における半導体結晶成長過程では、半導体結晶を横方向にエピタキシャル成長させる手段としては、ＳｉＯ2絶縁膜等の非成長質の層は使用／構成しなかったが、以下の様な２種類の方法によっても、半導体結晶を横方向にエピタキシャル成長させることができる。
【０１５９】
ただし、ここでいう「非成長質」とは、ある物質の表面上にIII族窒化物系化合物半導体が結晶成長し難い、又はしないと言う、その物質の性質のことである。また、ここでいう「横方向」とは、基板の結晶成長面に対して平行な方向を意味する。
【０１６０】
その第１の方法は、シリコン(Si)基板又は「Ａｌ1-f-gＧａfＩｎgＮ（０≦ｆ≦１，０≦ｇ≦１，０≦ｆ＋ｇ≦１）」より成る２元、３元、又は４元のIII族窒化物系化合物半導体層等の形成されたサファイヤ基板等の基板上に、その基板又はその上の層が散在的に露出する様に、島状に形成された非成長質の第１の層と、この第１の層で覆われていないシリコンの露出部を核としてエピタキシャル成長し、かつ、第１の層の上部では横方向にエピタキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体から成る第２の層とを有する積層構成を採用する方法である。
【０１６１】
この第１の方法によれば、III族窒化物系化合物半導体から成る第２の層は、第１の層の上にはエピタキシャル成長せず、基板又はその上の層の露出部から成長した層が、第１の層の上では横方向にエピタキシャル成長される。この結果、基板とIII族窒化物系化合物半導体との間のミスフィットに基づく転位は縦方向にのみ成長し、横方向には成長しない。
【０１６２】
従って、第１の層の上におけるIII族窒化物系化合物半導体の結晶性が向上する。また、第１の層とその上のIII族窒化物系化合物半導体とは化学的に接合していないので、第２の層のそりが防止されると共に応力歪みがその層に入ることが抑制される。
【０１６３】
また、その第２の方法は、シリコン(Si)基板上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体から成る第３の層と、この第３の層の上に第３の層の露出部が散在する様に島状態に形成された非成長質の第１の層と、この第１の層で覆われていない第３の層の露出部を核としてエピタキシャル成長し、かつ、第１の層の上部では横方向にエピタキシャル成長したIII族窒化物系化合物半導体から成る第２の層とを有する積層構成を採用する方法である。
【０１６４】
この第２の方法によれば、第２の層は、III族窒化物系化合物半導体から成る第３の層の露出部を核として、上記の第１の方法と同様に、III族窒化物系化合物半導体から成る第２の層が形成される。この第２の方法によれば、結晶成長の核がシリコンではなく、成長させる第２の層の半導体と同種の半導体を用いている結果、その第２の層の結晶性がより向上する。
これらの方法によっても、半導体結晶を横方向にエピタキシャル成長させることができる。
【０１６５】
また、上記の各実施例では有機金属気相成長法（MOCVD）により発光素子を製造したが、半導体層を形成する方法としては、分子線気相成長法（MBE）、ハライド気相成長法（Halide VPE）、液相成長法（LPE）等を用いても良い。
【０１６６】
また、上記の各実施例では、発光層がＭＱＷのレーザダイオードを例示したが、発光素子の構造はこれに限定されない。発光素子の構造としては、ホモ構造、ヘテロ構造、ダブルヘテロ構造のものが考えられる。これらは、ｐｉｎ接合或いはｐｎ接合等により形成することもできる。発光層の構造としては、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）のものであっても良い。
【０１６７】
また、上記の各実施例では、III族窒化物系化合物半導体を形成させる結晶成長基板としては、サファイア、シリコン(Si)の他、炭化ケイ素(SiC)、スピネル(MgAl2O4)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マンガン、酸化マグネシウム(MgO)、リン化ガリウム、砒化ガリウム、酸化ガリウムリチウム（ＬｉＧａＯ2）、硫化モリブデン（ＭｏＳ）、或いは、窒化ガリウム(GaN)や、その他のIII族窒化物系化合物半導体等の材料を用いることができる。
【０１６８】
また、サファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を結晶性良く形成させるため、サファイア基板との格子不整合を是正するバッファ層（又は、不整合緩和層）を形成したが、他の基板を使用する場合もバッファ層（又は、不整合緩和層）を設けることことが望ましい。バッファ層又は不整合緩和層としては、低温で形成させたIII族窒化物系化合物半導体AlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1）、より好ましくはAlxGa1-xN（0≦x≦1）が用いられる。
【０１６９】
III族窒化物系化合物半導体のIII族元素の組成の一部は、ボロン(B)、タリウム(Tl)で置き換えても、また、窒素(N)の組成一部をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)で置き換えても、本発明の手段による本発明の作用・効果を得ることができる。
【０１７０】
また、ｐ型化は、電子線照射の他、熱処理、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射により行うことができる。
【０１７１】
また、上記の各実施例では、レーザダイオードについて説明したが、発光ダイオード、受光素子等の光素子を含む各種のGaN系電子デバイスに適用できることは言うまでもない。
【０１７２】
尚、本明細書には、上記の通りIII族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法についても、大いに開示した。特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）等から形成されるｎ型コンタクト層（１０３，２０３，３０３）等の、半導体発光素子を形成（積層）するベースとなる層までの全ての製造方法は、一般の半導体素子を構成する各半導体層の結晶性を向上させるためにも十分有効なものである。
【０１７３】
従って、バッファ層（不整合緩和層，単結晶層）の積層方法や、半導体結晶の横方向成長等に係わる、上記の各実施例で開示したこれらの製造方法は、本発明の手段に基づく本発明の半導体発光素子を製造する場合に限らず、一般のIII族窒化物系化合物半導体発光素子を製造する場合においても、大いにその効果を発揮する。即ち、その場合には、これらの製造方法が適用される半導体発光素子の積層構成は、特に限定されるものではない。
【０１７４】
本明細書の上記の実施例等に記載した製造方法においては、横方向成長により得られたIII族窒化物系化合物半導体層（例えば、ＧａＮから成る層）を基底層としたり、或いは、その横方向成長により得られたIII族窒化物系化合物半導体から成る層の上に成長されたIII族窒化物系化合物半導体層（例えば、ＧａＮから成る層）を基底層として、それらの基底層の上に素子を構成する各層を成長させている。
即ち、本明細書では、上述したように横方向成長により基底層を得るまでの成長方方法も素子の製法と共に開示されており、これらの基底層を得るまでの方法は、素子形成方法とは分離して認識することが可能である。
【０１７５】
又、本明細書において基底層を得る方法が記載されていることから、横方向成長により格子欠陥の改善されたIII族窒化物系化合物半導体を得る方法、III族窒化物系化合物半導体から成る基底層を得る方法、基底層までのIII族窒化物系化合物半導体基板を得る方法等も明らかとなった。
【０１７６】
更に、基底層を厚く形成したり、或いは、基底層上にさらにIII族窒化物系化合物半導体を厚く形成したりすれば、基板、バッファ層から基底層より下の層までを除去することで、III族窒化物系化合物半導体基板が得られることも明らかである。
尚、III族窒化物系化合物半導体を厚く形成する方法としては、ハライド気相成長法、液相成長法が有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による多重量子井戸構造を例示するIII族窒化物系化合物より成る半導体層の模式的な断面図。
【図２】
本発明の作用に係わる、量子井戸層成長時のＩｎガス供給量ρとＩｎ混晶比ｘとの関係を示すグラフ。
【図３】
本発明の作用に係わる、量子井戸層のバンドギャップエネルギーと格子定数との関係を示すグラフ。
【図４】
第１実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ１００の積層構造を表す模式的な斜視図。
【図５】
第１実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ１００の構造を表す模式的な断面図。
【図６】
第２実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ２００の積層構造を表す模式的な斜視図。
【図７】
第３実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ３００の積層構造を表す模式的な斜視図。
【図８】
第３実施例のIII族窒化物系化合物半導体レーザ３００の構造を表す模式的な断面図。
【図９】
本発明に基づくその他の応用事例におけるIII族窒化物系化合物半導体レーザの一部分の構造を表す模式的な断面図。
【図１０】
従来技術による多重量子井戸構造を例示するIII族窒化物系化合物より成る半導体層の模式的な断面図。
【符号の説明】
１００  ，２００  ，３００  …  III族窒化物系化合物半導体レーザ
１０１  ，２０１  ，３０１  …  結晶成長基板（シリコン、サファイヤ等）
１０２  ，２０２  ，３０２  …  バッファ層
２０２１，３０２１…  不整合緩和層
２０２２，３０２２…  単結晶層
１０３  ，２０３  ，３０３  …  ｎ型コンタクト層（高キャリア濃度ｎ+層）
１０４  ，２０４  ，３０４  …  ｎ型クラッド層
１０５  ，２０５  ，３０５  …  ｎ型光ガイド層
１０６  ，２０６  ，３０６  …  ＭＱＷ活性層
１０６１，２０６１，３０６１…  量子障壁層
１０６２，２０６２，３０６２…  量子井戸層
１０７  ，２０７  ，３０７  …  ｐ型光ガイド層
１０８  ，２０８  ，３０８  …  ｐ型クラッド層
１０９  ，２０９  ，３０９  …  ｐ型コンタクト層
１１０Ａ，２１０Ａ，３１０Ａ…  正電極
１１０Ｂ，２１０Ｂ，３１０Ｂ…  負電極